JPH09101478A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面反射ノイズと色収差の少ないヘッドアッ
プディスプレイの提供。 【解決手段】 表示器５から放射された信号光３１を，
ホログラムコンバイナ１０に投射し，回折光３２を視認
するよう構成したヘッドアップディスプレイ装置１であ
る。信号光３１はＰ偏光光であり，信号光３１の入射角
αと回折光３２の反射角βとがほぼ等しい値となるよう
ホログラムの回折特性が設定されている。ホログラムコ
ンバイナ１０の信号光３１の照射面には，無反射コート
処理が施されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，ヘッドアップディスプレイ装置
に関するものであり，特にノイズと色収差とを抑制する
ことのできるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来技術】通常の自動車の運転においては，速度表示
などを確認するためには，視線を外の光景から一旦イン
スツルパネル上の計器類に移さなければならない。この
動作は，運転においては必要不可欠であるが，非常に煩
わしい行為である。また，頻繁な視線の移動は，運転者
にかなりの疲労をもたらすとも言われている。そこで，
近年ではイメージコンバイナを用いて，速度などの運転
に必要な情報と外界の光景とを重ねて同時に視認できる
ヘッドアップディスプレイ９０（図７）が提案されてい
る。

【０００３】そして，ヘッドアップディスプレイ９０に
おいて，運転者９９が鮮明で歪みのない明るい表示像８
２を得るために様々な改良方法が提案されている。例え
ば，表示像８２を明るい像とするためには，イメージコ
ンバイナ９１における信号光３１の反射率を大きくする
必要があるから，信号光３１として入射面に対して垂直
方向に偏光した所謂Ｓ偏光光を用いる方法が提案されて
いる（特開昭５８−１３９８３３号公報参照）。

【０００４】そして，図７に示す構成のヘッドアップデ
ィスプレイ９０において，上記のように複数の光学的情
報を重ね合せるイメージコンバイナ９１として，反射型
ホログラムを使用したホログラムコンバイナも用いられ
ている。上記ホログラムコンバイナには，例えば図４に
示すような特定の波長帯域の光のみを効率よく反射する
回折特性を持たせている。その結果，ホログラムコンバ
イナは表示器（情報光源）９２から発せられた特定の波
長域の信号光３１を高い効率で反射し，一方，上記特定
の波長域以外の光に対しては高い透過率を持つため，背
景から来る光のほとんどを透過させることができる。

【０００５】これにより，ホログラムコンバイナ９１を
通して見える外の光景と，ホログラムコンバイナ９１に
より反射されて見える速度などの表示像８２とは，とも
に明るさが損なわれることがない。また，表示器９２か
ら発せられた表示像８２を拡大して視認するために，上
記ホログラムコンバイナ９１（又はその前段に設けたホ
ログラム９３）に対して拡大鏡の回折特性を持たせるこ
とが多い。

【０００６】

【解決しようとする課題】ホログラムコンバイナは優れ
た特性を有しているが，表示像を不鮮明にする原因の一
つとして，ホログラムコンバイナの表面（ホログラムを
保持するガラス基板の表面など）で反射したノイズ光が
正規のホログラム回折光に重畳し，像を不鮮明にすると
いう問題がある。特に，ホログラムコンバイナに対する
入射角と出射角とがほぼ等しい場合には，上記ノイズ像
が正規像の近くに結像するからその影響が大きくなり，
逆に入出射角の角度差が大きければノイズ像は正規像か
ら離れて結像するから見えにくくなる。

【０００７】また，信号光としてＳ偏光（入射面に垂直
な偏光面を有する偏光光）を用いた場合には，ガラス基
板での反射率が大きくなるから，表面反射ノイズ像が強
くなり，表面反射ノイズの影響が大きくなる。それ故，
Ｓ偏光を用いた場合には，例えば表面に無反射コート処
理を施しても，ノイズ像を完全に無くすことは困難であ
る。

【０００８】また，ホログラムコンバイナにおいて，表
示像を不鮮明にする他の原因として，色収差による像の
ぼけがある。ホログラムの回折特性は，図４に示すよう
に，高回折効率を示す波長帯に一定以上の幅がある（例
えば，回折効率が最大値の５０％となる帯域幅，所謂半
値幅）。そして，上記帯域幅内において波長が異なれ
ば，波長による回折特性の変化により反射角のずれ（色
分散）が生ずる。従って，上記帯域幅（半値幅Δλ）が
大きい程これによる色収差（像のぼけ）が大きくなる。

【０００９】そして，一般にホログラムの上記半値幅
は，図４の無印曲線６９に示すように，Ｓ偏光の光が大
きくなるから，前記のようにＳ偏光光によってイメージ
コンバイナでの反射率を高めようとすると，この色収差
が増大するというジレンマを生じている。図４におい
て，ドット付きの曲線６８は，Ｐ偏光光の回折特性を示
すものである。

【００１０】また，このような色収差の発生は，ホログ
ラムに記録された拡大鏡（凹面鏡）の焦点距離を短く
し，像の拡大率を大きくしようとするほど顕著となる。
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
あり，ホログラムコンバイナの表面反射ノイズによる像
の乱れと色収差による像のぼけとを抑制し，鮮明な表示
像を提供することの出来るヘッドアップディスプレイ装
置を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題の解決手段】本発明は，表示器から放射された信
号光を，ホログラムコンバイナに投射し，このホログラ
ムコンバイナーで反射された回折光を視認するよう構成
したヘッドアップディスプレイ装置であって上記信号光
は，上記ホログラムコンバイナに対する入射面に平行方
向に直線偏光されたＰ偏光光であり，また上記信号光の
入射角と上記回折光の反射角とがほぼ等しい値となるよ
うホログラムの回折特性が設定されており，上記ホログ
ラムコンバイナの表裏両面のうち少なくとも信号光照射
面については，無反射コート処理が施されていることを
特徴とするヘッドアップディスプレイ装置にある。

【００１２】本発明において最も注目すべきことの第１
点は，信号光が，Ｐ偏光光であることであり，最も注目
すべきことの第２点は，信号光の入射角と回折光の反射
角とがほぼ等しい値となるようホログラムの回折特性を
設定したことであり，最も注目すべき第３点は，ホログ
ラムコンバイナの表裏両面のうち少なくとも信号光照射
面については，無反射コート処理が施されていることで
ある。

【００１３】本発明にかかるヘッドアップディスプレイ
は，信号光がＰ偏光光であるから反射率が他の偏光光に
比べて小さくなる。そのため，信号光のホログラムコン
バイナにおける表面反射光は抑制される。更に，ホログ
ラムコンバイナの信号光照射面には無反射コート処理が
施されているから，これによって一段と表面反射光が抑
制される。

【００１４】そして，信号光がＰ偏光光であることか
ら，無反射コート処理を単層の無反射コーティング層と
した場合にも，上記無反射コーティング層の最低反射率
波長を信号光の中心波長とすることにより，大きな反射
抑制効果を得ることができる（詳細を後述する図６の曲
線６１１，６２１参照）。そして，単層のコーティング
処理により，コーティングの回数が最低（１回）で済む
ことから，工数を低減しコストを抑制することが可能と
なる。それ故，本発明のヘッドアップディスプレイは，
表面反射ノイズが極めて少なくなり，かつ低コスト化を
図ることができる。

【００１５】また，信号光の入射角と反射角がほぼ等し
くなるようホログラムの回折特性を設定してあるから，
ホログラムの回折に伴う色分散が殆ど無くなり色収差に
よる像のぼけが殆どない。何故ならば，波長の違いによ
って生ずる反射角度の差異（ずれ）は，入射角と出射角
と間に差があって始めて生ずるものであり，その差が小
さくなるほど反射角度のずれ（分散）が生じなくなるか
らである。更に，信号光がＰ偏光光であるため，ホログ
ラムの回折特性における前記半値幅が狭くなり，ホログ
ラム外周部での表示像のぼけもが少なくなる。なお，本
願発明における上記入射角と反射角との角度差は，好ま
しくは０°である方がよいが，角度差が２°位までなら
ば本願発明の効果を得ることができる。

【００１６】そして，請求項２記載のように，信号光
は，帯域幅の狭い線スペクトル状の光であることが好ま
しい。そして，請求項３記載のように，無反射コート処
理は単層の無反射コーティング層を形成したものとする
ことが好ましい。信号光を帯域幅の狭い光とすることに
より，無反射コーティング処理の光反射防止層を単層と
しても，極めて大きな反射抑制効果を得ることができ
る。即ち，上記光反射防止層の最低反射率波長を信号光
の波長と一致させることにより，信号光の反射を効果的
に抑制することができる。

【００１７】そして，単層のコーティング処理により，
コーティングの回数が最低（１回）で済むことから，工
数を低減しコストを抑制することが可能となる。なお，
上記帯域幅の狭い線スペクトル状の光としては，レーザ
ー放射光や蛍光物質が放射する蛍光光等がある。

【００１８】なお，車両用のヘッドアップディスプレイ
は，請求項４記載のように表示器からホログラムコンバ
イナに至る全ての光学部材をケースに一体に収納し，車
両のダッシュボード近傍に配置することができる。この
ような独立型のヘッドアップディスプレイは，車両から
取り外して点検，調整，修理が可能であり，保守性に優
れており，またオプションとして随時装着することがで
きる。一方，請求項５記載のようにホログラムコンバイ
ナをウィンドシールドに設けた車両用のヘッドアップデ
ィスプレイは，ウィンドシールド内部にホログラムコン
バイナを埋め込む等の方法により，車両と一体化された
使用感を得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施形態例１ 本例は，図１に示すように，表示器５から放射された信
号光３１を，ホログラムコンバイナ１０に投射し，ホロ
グラムコンバイナー１０で反射された回折光３２を視認
するよう構成したヘッドアップディスプレイ装置１であ
る。信号光３１は，ホログラムコンバイナ１０に対する
入射面に平行方向に直線偏光された所謂Ｐ偏光光であ
り，また信号光３１の入射角αと回折光３２の反射角β
とがほぼ等しい値となるようホログラム１１（図２）の
回折特性が設定されている。また，ホログラムコンバイ
ナ１０の表裏両面には，無反射コート処理が施されてい
る。

【００２０】上記ヘッドアップディスプレイ１は，表示
器５からホログラムコンバイナ１０に至る全ての光学部
材をケース４に一体に収納し，車両のダッシュボード８
５近傍の運転者８１の視認し易い位置に配置する。以
下，それぞれについて説明を補足する。

【００２１】ヘッドアップディスプレイ１は，インスト
ルメントパネルのダッシュボード８５に固定される底板
４０と，底板４０に立設した立軸４０ａを中心として回
動可能なケース本体４１と，ケース本体４１内部に設置
された表示器５と，同じくケース本体４１の内部に設置
され表示器５から放射された信号光３１を反射させるミ
ラー７及び制御部６と，ホログラムコンバイナ１０とを
有する。ホログラムコンバイナ１０は，ケース本体４１
の上面に取り付けられて回動するホルダ４２によって保
持されており，ケース本体４１の上面において上下方向
に起伏させることが出来る。

【００２２】ケース本体４１は，底板４０の軸４０ａの
周りにに回動可能なように固定された基板４１ａと，開
口部４９を設けたカバー４１ｂとを有する。カバー４１
ｂは，運転者８１の視野内に表示器５が入らないように
するための遮光板４１ｃが設けられている。表示器５
は，光源のランプ５１と，レンズ５２と，液晶表示素子
５３とを収容し，基板４１ａに固定されている。

【００２３】また，ミラー７は，表示器５に対向し，信
号光３１を開口部４９からホログラムコンバイナ１０の
受光面に向けて投射するように，所定の傾斜角度で基板
４１ａに取り付けられている。ホログラムコンバイナ１
０は，ホルダ４２の長溝４２ａに圧入固定されており，
使用時には図１の実線に示すように起立させ，不使用時
には鎖線に示すように倒してケース本体４１の上面に伏
せて置く。そして，ホログラムコンバイナ１０を起伏さ
せる角度は，調整可能となっている。

【００２４】ホログラムコンバイナ１０は，図２に示す
ように，ホログラム１１と，ホログラム１１を保持する
ガラス基板１２と，これらを両側から挟持する無反射コ
ートガラス１３，１４とを有する。無反射コートガラス
１３，１４は，表面にＭｇＦ₂ ／ＴｉＯ₂ 系の多層膜１
５，１６を蒸着したものである。無反射コートガラス１
３，１４は，入射角α及び出射角βが３０°の時に図３
に示す特性を有しており，同図から分かるようにＰ偏光
（ドット付曲線６３）はＳ偏光（単純曲線６４）よりも
反射率が低い。

【００２５】それ故，信号光３１としてＰ偏光を用いる
本例のヘッドアップディスプレイ１では，ホログラムコ
ンバイナ１０の表面で反射されるノイズ光は減少する。
従って，本例のヘッドアップディスプレイ１では，表面
反射ノイズ像が正規の表示像に重なって見える不具合を
少なくすることが出来る。

【００２６】そして，ホログラムコンバイナ１０には，
非球面の凹面鏡（双曲面鏡）が記録されている。ホログ
ラム１１は，感光材として重クロム酸ゼラチンを用いた
体積ホログラムであり，焦点距離２００ｍｍの軸外し双
曲面鏡が記録されている。また，ホログラムコンバイナ
１０の入射角と出射角とはほぼ等しい値に設定されてい
るから，ホログラムコンバイナ１０で生ずる色収差は少
ない。

【００２７】更に，信号光３１は，Ｐ偏光光であり，ホ
ログラム１１の回折特性は，例えば入射角３０°で再生
光を入射させた時に，図４に示す回折特性となり，入射
光がＰ偏光（ドット付曲線６８）の場合の半値幅Δλp
の方が，Ｓ偏光（単純曲線６９）の場合の半値幅Δλs
よりもが狭くなる。それ故，色収差の低減は，この半値
幅の狭さによって更に強化されている。

【００２８】その結果，このホログラム１１を装着した
ホログラムコンバイナ１０について，液晶表示素子５３
との距離を１４０ｍｍとして，実際に表示像を観察した
ところ，色収差の少ない鮮明な像を視認することができ
た。そして，再生時にＰ偏光光を得ることは，偏光板を
光路に配置することにより容易に実現することが出来る
から光学系も簡素である。上記のように，本例によれ
ば，ホログラムコンバイナ１０の表面反射ノイズによる
像の乱れと色収差による像のぼけとを抑制し，鮮明な表
示像を提供することの出来るヘッドアップディスプレイ
装置１を得ることができる。

【００２９】なお，本例では，ホログラム１３の感光材
として，重クロム酸ゼラチンを用いたが，銀塩，フォト
ポリマー，フォトレジスト等を用いてもよい。また，本
例では，無反射コート膜としてＭｇＦ₂ ／ＴｉＯ₂ 系の
ものを用いたが，これに限定されるものではなく，Ｓｉ
Ｏ₂ 等を用いてもよい。また，本例では，信号光の入射
角αを３０°としたが，これに限らずα＝１０°〜４５
°の範囲とすることも可能である。

【００３０】実施形態例２ 本例は，図５に示すように，ホログラムコンバイナ２０
を車両のウィンドシールド８６内に設けて，表示器５と
別体としたもう一つの実施形態例である。そして，本例
では，表示器５から放射された信号光３１は，ミラーを
介することなく直接（あるいはミラーを介して）ホログ
ラムコンバイナ２０に投射される。また，ウィンドシー
ルド８６の車内側の信号光３１の照射面には，無反射コ
ート膜１７が形成されており，表面反射光を抑制する。
その他については，実施形態例１と同様である。

【００３１】実施形態例３ 本例は，実施形態例１または実施形態例２において，表
示器５の光源として輝線光源を用いると共に図２の光反
射防止層１５，１６を単層のコーティング層としたもう
一つの実施形態例である。即ち，信号光３１は，蛍光光
源から発せられる波長が５４３ｎｍの蛍光光であり，光
反射防止層はＭｇＦ₂ からなる単層のコーティングであ
る。

【００３２】図６は，０°入射用のＭｇＦ₂ 単層コーテ
ィングにおける４５°入射光に対する反射特性６１１〜
６１３と，４５°入射用のＭｇＦ₂ 単層コーティングに
おける４５°入射光に対するの反射特性６２１〜６２３
を示すグラフである。曲線６１１，６２１はＰ偏光光に
対する反射率を示し，曲線６１３，６２３はＳ偏光光に
対する反射率を，曲線６１２，６２２は全ての偏光面に
対する平均の反射率を示している。

【００３３】同図から分かるように，Ｐ偏光光とするこ
とにより単層の無反射コーティング処理であっても，０
°入射用のコーティング又は４５°入射用のコーティン
グのいずれの場合にも，極めて低い反射率とすることが
可能である。それに加えて輝線光源を用い，その波長を
最低反射率の波長の近傍とすることにより，更に反射率
を低く抑制することができる。

【００３４】

【発明の効果】上記のように，本発明によれば，ホログ
ラムコンバイナの表面反射ノイズによる像の乱れと色収
差による像のぼけとを抑制し，鮮明な表示像を提供する
ことの出来るヘッドアップディスプレイ装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１のヘッドアップディスプレイの断
面図と光路図。

【図２】実施形態例１のホログラムコンバイナの部分断
面図。

【図３】実施形態例１の無反射コート膜の反射特性図。

【図４】実施形態例１のホログラムの回折特性図。

【図５】実施形態例２のヘッドアップディスプレイのシ
ステム構成図。

【図６】実施形態例３のヘッドアップディスプレイの光
反射防止膜の反射特性を示す図。

【図７】従来のヘッドアップディスプレイのシステム構
成図。

【符号の説明】

１．．．．ヘッドアップディスプレイ， １０．．．ホログラムコンバイナ， １１．．．ホログラム， ３１．．．信号光， ３２．．．回折光， ５．．．．表示器，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 浩 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示器から放射された信号光を，ホログ
   ラムコンバイナに投射し，このホログラムコンバイナー
   で反射された回折光を視認するよう構成したヘッドアッ
   プディスプレイ装置であって上記信号光は，上記ホログ
   ラムコンバイナに対する入射面に平行方向に直線偏光さ
   れたＰ偏光光であり，また上記信号光の入射角と上記回
   折光の反射角とがほぼ等しい値となるようホログラムの
   回折特性が設定されており，上記ホログラムコンバイナ
   の表裏両面のうち少なくとも信号光照射面については，
   無反射コート処理が施されていることを特徴とするヘッ
   ドアップディスプレイ装置。
2. 【請求項２】 請求項１において，前記信号光は，帯域
   幅の狭い線スペクトル状の光であることを特徴とするヘ
   ッドアップディスプレイ装置。
3. 【請求項３】 請求項２において，前記無反射コート処
   理は単層の無反射コーティング層を形成したものである
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれか１項に
   おいて，前記表示器からホログラムコンバイナに至る全
   ての光学部材をケースに一体に収納すると共に車両のダ
   ッシュボード近傍に配置することを特徴とする車両のヘ
   ッドアップディスプレイ装置。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれか１項に
   おいて，前記ホログラムコンバイナをウィンドシールド
   に設けたことを特徴とする車両のヘッドアップディスプ
   レイ装置。